WO2018185905A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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阪田　一樹
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Definitions

  • the present invention relates to a structure of a power conversion device used in, for example, an electric vehicle, a plug-in hybrid vehicle, or a train.
  • power converters such as a transformer, a rectifier connected to the secondary winding of the transformer, a smoothing coil for smoothing the output voltage, and a DC / DC converter equipped with a smoothing capacitor are known.
  • a choke input type LC filter is configured by a MOSFET, a smoothing coil, and a smoothing capacitor (see, for example, Patent Document 1).
  • the impedance of the path from the connection part of the smoothing coil and smoothing capacitor to the grounding part that is the intermediate terminal of the smoothing capacitor and transformer is passed through the smoothing capacitor. It is important to make the smoothing capacitor easy to charge and discharge.
  • One way to lower the impedance of the path from the smoothing coil to the intermediate terminal of the transformer is to shorten the length of the path.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems.
  • a transformer, a first rectifier element, a second rectifier element, a smoothing coil, and a smoothing capacitor are disposed on a base, and the transformer includes a first secondary winding,
  • the smoothing coil has a secondary winding formed by the second secondary winding and an intermediate terminal connecting the secondary winding and the base, and the smoothing coil has a smoothing coil first terminal and a smoothing coil second terminal.
  • the first rectifying element is connected to a first terminal formed on one end side of the first secondary winding and the smoothing coil first terminal, and the second rectifying element is connected to the second secondary rectifying element.
  • the smoothing capacitor is connected to the second terminal formed on one end of the winding and the first terminal of the smoothing coil, and the smoothing capacitor is connected to the second terminal of the smoothing coil and the intermediate terminal.
  • the other end side and the other end side of the second secondary winding are connected to each other at a connection portion, and the connection portion is between the first terminal and the second terminal. It is location, the first terminal or the second terminal is disposed between the intermediate terminal connecting portion.
  • the present invention is to provide a power conversion device having excellent output smoothness by reducing the impedance of the path from the smoothing coil to the intermediate terminal of the transformer.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the power conversion device taken along line IV-IV in FIG. 3. It is a figure which shows the state which removed the transformer core from the power converter device of FIG. It is a figure which shows the state which removed the resin part from the power converter device of FIG. It is a figure which shows the state which removed the smoothing capacitor and the screw from the power converter device of FIG. It is a figure which shows the base, the secondary winding, the rectifier, and the smoothing coil in the power converter device by Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a DC / DC converter used in an electrically powered vehicle such as an electric vehicle, a plug-in hybrid vehicle, or a train, in which the power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention is arranged.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the power conversion device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view of the power conversion device according to Embodiment 1
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the power conversion device taken along line IV-IV in FIG.
  • 5 is a diagram illustrating a state in which the transformer core and the smooth coil core are removed from the power conversion device in FIG. 2
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the resin portion is removed from the power conversion device in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a state where the smoothing capacitor and the screw are removed from the power conversion device of FIG. 6.
  • the DC / DC converter includes a DC power source 1, a plurality of MOSFETs 2, and a power conversion device 100.
  • the power conversion apparatus 100 includes a transformer 100A including a primary winding 3, a first secondary winding 4A, and a second secondary winding 4B, a pair of diodes 5A and 5B constituting a rectifier circuit, and a smoothing coil 7 And a choke input type LC filter 100B comprising a smoothing capacitor 8.
  • a high voltage power source supplied from a DC power source 1 mounted on the motorized vehicle is supplied to a switching circuit composed of a plurality of MOSFETs 2 to generate an AC current, which is applied to the primary winding 3 of the transformer 100A. Due to the operation of the transformer 100A, a voltage stepped down in accordance with the turns ratio is generated in the first secondary winding 4A and the second secondary winding 4B of the transformer 100A, and direct current including pulsation is generated by the diodes 5A and 5B. After being converted into electric current, the pulsation is removed by a smoothing circuit including the smoothing coil 7 and the smoothing capacitor 8, and power is supplied to an in-vehicle lead battery and an auxiliary in-vehicle device from an output terminal (not shown).
  • the power conversion device 100 includes a first secondary winding 4 ⁇ / b> A and a second secondary winding 4 ⁇ / b> B covered on a base 11 by a pair of transformer cores 9.
  • a transformer 100A formed by The power conversion apparatus 100 includes a pair of diodes 5A and 5B as rectifying elements, a smoothing coil 7 covered with a pair of smoothing coil cores 10, and a smoothing capacitor 8.
  • the primary winding 3 constituting the transformer 100A is not shown.
  • the secondary winding of the transformer 100A is in a state in which the second secondary winding 4B is overlapped on the first secondary winding 4A with a certain gap.
  • the resin core 19 is integrally molded, and the upper and lower sides are covered by a pair of transformer cores 9.
  • the anode of the diode 5A is surface-mounted with solder on the first terminal 15 formed on one end side of the first secondary winding 4A.
  • the anode of the diode 5B is surface-mounted by solder on the second terminal 16 which is one end side of the second secondary winding 4B.
  • the other end side of the first secondary winding 4 ⁇ / b> A and the other end side of the second secondary winding 4 ⁇ / b> B are welded to form the connection portion 12.
  • the first secondary winding 4A, the second secondary winding 4B, and the smoothing coil 7 are integrally formed of a resin 19.
  • the first terminal 15 of the first secondary winding 4A, the second terminal 16 of the second secondary winding 4B, and the smoothing coil first terminal 17 are exposed from the resin 19, respectively.
  • the first terminal 15 of the first secondary winding 4A, the second terminal 16 of the second secondary winding 4B, and the smoothing coil first terminal 17 are composed of the diode 5A and The surface on which 5B is not mounted is in contact with the base 11 via the insulating sheet 21. Thereby, the heat generated from the diodes 5A and 5B is transmitted to the base 11 and radiated.
  • the connecting portion 12 between the first secondary winding 4A and the second secondary winding 4B is provided between the first terminal 15 and the second terminal 16.
  • the cathodes of the diodes 5A and 5B are surface-mounted on the smoothing coil first terminal 17 with solder.
  • the intermediate terminal 6 is formed to extend from the first secondary winding 4A, and is disposed on the opposite side of the connection portion 12 with the second terminal 16 interposed therebetween.
  • the intermediate terminal 6 is connected to a boss 20 formed on the base 11 together with one terminal 8a of the smoothing capacitor 8 by a screw 14a.
  • the other terminal 8b of the smoothing capacitor 8 is connected to the smoothing coil second terminal 18 by a screw 14b.
  • one terminal 8a of the smoothing capacitor 8 is directly connected to the intermediate terminal 6 extending from the first secondary winding 4A, and the other terminal. 8 b is directly connected to the smoothing coil second terminal 18.
  • the path from the smoothing coil second terminal 18 to the intermediate terminal 6 via the smoothing capacitor 8 is shortened. Therefore, the impedance of the path is reduced, and the power conversion device 100 having excellent output smoothness by sufficiently functioning the LC filter 100B can be provided.
  • FIG. FIG. 8 shows the base 11, the first secondary winding 4A, the second secondary winding 4B, the smoothing coil 7, the diode 5A, and the like in the power conversion device 200 according to the second embodiment of the present invention. It is a perspective view which shows only 5B.
  • the power converter 200 according to the second embodiment is different from the first embodiment in the connection form of the first secondary winding 4A and the second secondary winding 4B. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • the first secondary winding 4 ⁇ / b> A and the second secondary winding 4 ⁇ / b> B of the power conversion device 200 are integrally configured by bending a single sheet metal at the bending portion 12 a. Yes.
  • the process of welding the first secondary winding 4A and the second secondary winding 4B can be omitted.
  • the LC filter 100B can fully function, and the power converter device 200 excellent in output smoothness can be provided.
  • 1 DC power supply 2 MOSFET, 3 primary winding, 4A first secondary winding, 4B second secondary winding, 5A diode (first rectifier element), 5B diode (second rectifier element), 6 intermediate terminal, 7 smoothing coil, 8 smoothing capacitor, 8a, 8b terminal, 9 transformer core, 10 smoothing coil core, 11 base, 12 connecting part, 12a bending part, 14a, 14b screw (fastening member), 15 first terminal, 16 second terminal, 17 smoothing coil first terminal, 18 smoothing coil second terminal, 19 resin, 20 boss, 21 insulating sheet, 100, 200 power converter, 100A transformer, 100B LC filter.

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Abstract

電力変換装置は、トランスと第１整流素子（５Ａ）と第２整流素子（５Ｂ）と平滑コイル（７）と平滑コンデンサ（８）をベース（１１）上に配置し、トランスは、第１の二次巻線（４Ａ）と第２の二次巻線（４Ｂ）とからなる二次巻線と、二次巻線とベース（１１）とを接続する中間端子（６）とを有し、第１整流素子（５Ａ）は、第１の二次巻線の第１端子（１５）と平滑コイル第１端子（１７）に接続され、第２整流素子（５Ｂ）は、第２の二次巻線の第２端子（１６）と平滑コイル第１端子（１７）に接続され、平滑コンデンサ（８）は平滑コイル第２端子（１８）と中間端子（６）に接続され、第１の二次巻線（４Ａ）の他端側と第２の二次巻線（４Ｂ）の他端側は、互いに接続部（１２）で接続され、接続部（１２）は第１端子（１５）と第２端子（１６）の間に配置され、第１端子（１５）又は第２端子（１６）が中間端子（６）と接続部（１２）の間に配置される。

Description

電力変換装置
　本発明は、例えば電気自動車、プラグインハイブリッド自動車又は電車に用いられる電力変換装置の構造に関する。
　従来、トランス、トランスの二次巻線に接続された整流素子、出力電圧を平滑化する平滑コイル、平滑コンデンサを備えたＤＣ/ＤＣコンバータなどの電力変換装置が知られている。一般的なＤＣ/ＤＣコンバータの回路として、ＭＯＳＦＥＴと平滑コイル及び平滑コンデンサにより、チョークインプット型のＬＣフィルタを構成したものがある（例えば特許文献１参照）。
　ＬＣフィルタを十分に機能させ、出力を平滑にするには、平滑コイルと平滑コンデンサの接続部から、平滑コンデンサを経由して、平滑コンデンサとトランスの中間端子である接地部までの経路のインピーダンスを低くして、平滑コンデンサに充放電しやすくすることが重要である。平滑コイルからトランスの中間端子までの経路のインピーダンスを低くする方法のひとつとして、経路の長さを短くすることが考えられる。
特許第５９３３６７３号公報
　しかしながら、従来の電力変換装置においては、中間端子とベースを接続する接続部と平滑コイルの間に、整流素子が接続された二次巻線の端子が配置されているため、中間端子とベース部材を接続する接続部と、平滑コイルとの間の経路を短くすることは困難であった。
　本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、平滑コイルと平滑コンデンサの接続部から、平滑コンデンサを経由して、平滑コンデンサとトランスの中間端子である接地部までの経路を短くして、出力の平滑性に優れた電力変換装置を得る。
　本発明に係る電力変換装置は、トランスと、第１整流素子と、第２整流素子と、平滑コイルと、平滑コンデンサとが、ベース上に配置され、トランスは、第１の二次巻線と第２の二次巻線とにより形成される二次巻線と、二次巻線とベースとを接続する中間端子とを有し、平滑コイルは、平滑コイル第１端子と平滑コイル第２端子を有し、第１整流素子は、第１の二次巻線の一端側に形成された第１端子と、平滑コイル第１端子とに接続され、第２整流素子は、第２の二次巻線の一端側に形成された第２端子と、平滑コイル第１端子とに接続され、平滑コンデンサは、平滑コイル第２端子と、中間端子とに接続され、第１の二次巻線の他端側と第２の二次巻線の他端側とは、互いに接続部で接続され、接続部は、第１端子と第２端子の間に配置され、第１端子又は第２端子が、中間端子と接続部の間に配置される。
　本発明は、平滑コイルからトランスの中間端子までの経路のインピーダンスを低くして、出力の平滑性に優れた電力変換装置を提供するものである。
本発明の実施の形態１における電力変換装置を配置したＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。 本発明の実施の形態１における電力変換装置を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１による電力変換装置の平面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線に沿う電力変換装置の断面図である。 図２の電力変換装置から、トランスコアを取り除いた状態を示す図である。 図５の電力変換装置から、樹脂部分を取り除いた状態を示す図である。 図６の電力変換装置から、平滑コンデンサとねじを取り除いた状態を示す図である。 本発明の実施の形態２による電力変換装置における、ベースと二次巻線と整流素子及び平滑コイルを示す図である。
　以下、本発明の電力変換装置好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。
　実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１における電力変換装置を配置した、例えば電気自動車、プラグインハイブリッド自動車又は電車といった電動化車両に用いられるＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。図２は、実施の形態１における電力変換装置を示す斜視図である。また、図３は、実施の形態１による電力変換装置の平面図であり、図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿う電力変換装置の断面図である。さらに、図５は、図２の電力変換装置から、トランスコア及び平滑コイルコアを取り除いた状態を示す図であり、図６は、図５の電力変換装置から、樹脂部分を取り除いた状態を示す図であり、図７は、図６の電力変換装置から、平滑コンデンサとねじを取り除いた状態を示す図である。
　図１に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータは、直流電源１と、複数のＭＯＳＦＥＴ２と、電力変換装置１００により構成されている。電力変換装置１００は、一次巻線３、第１の二次巻線４Ａ及び第２の二次巻線４Ｂからなるトランス１００Ａと、整流回路を構成する一対のダイオード５Ａ及び５Ｂと、平滑コイル７及び平滑コンデンサ８からなるチョークインプット型のＬＣフィルタ１００Ｂとを有している。
　電動化車両に搭載される直流電源１から供給される高電圧の電源を、複数のＭＯＳＦＥＴ２からなるスイッチング回路に供給して交流を発生させ、トランス１００Ａの一次巻線３に印加する。トランス１００Ａの動作により、巻数比に応じて降圧された電圧が、トランス１００Ａの第１の二次巻線４Ａ及び第２の二次巻線４Ｂに発生し、ダイオード５Ａ，５Ｂによって脈動を含む直流電流に変換された後に、平滑コイル７及び平滑コンデンサ８からなる平滑回路によって脈動が取り除かれ、図示しない出力端子より車載の鉛電池及び補機系の車載機器に給電される。
　図２に示すように、実施の形態１による電力変換装置１００は、ベース１１の上に、一対のトランスコア９により覆われた第１の二次巻線４Ａ及び第２の二次巻線４Ｂにより形成されるトランス１００Ａを有している。また、電力変換装置１００は、整流素子としての一対のダイオード５Ａ及び５Ｂと、一対の平滑コイルコア１０により覆われた平滑コイル７と、平滑コンデンサ８とを有している。なお、トランス１００Ａを構成する一次巻線３は、図示を省略している。
　図２から図５に示すように、トランス１００Ａの二次巻線は、第１の二次巻線４Ａの上に、一定の間隙を空けて第２の二次巻線４Ｂを重ねた状態で、樹脂１９により一体に成形され、一対のトランスコア９により、上下を覆われている。
　第１の二次巻線４Ａの一端側に形成された第１端子１５には、ダイオード５Ａのアノードが、半田により表面実装されている。一方、第２の二次巻線４Ｂの一端側である第２端子１６には、ダイオード５Ｂのアノードが、半田により表面実装されている。そして、第１の二次巻線４Ａの他端側と、第２の二次巻線４Ｂの他端側とは、溶接されて接続部１２を形成している。
　第１の二次巻線４Ａと、第２の二次巻線４Ｂと、平滑コイル７とは、樹脂１９により一体に成形されている。そして、第１の二次巻線４Ａの第１端子１５と、第２の二次巻線４Ｂの第２端子１６と、平滑コイル第１端子１７は、それぞれ樹脂１９から露出している。
　また、図４に示すように、第１の二次巻線４Ａの第１端子１５と、第２の二次巻線４Ｂの第２端子１６と、平滑コイル第１端子１７は、ダイオード５Ａ及び５Ｂが実装されない側の面が、絶縁シート２１を介してベース１１に接している。これにより、ダイオード５Ａ及び５Ｂからの発熱は、ベース１１に伝達されて放熱される。
　第１の二次巻線４Ａと第２の二次巻線４Ｂとの接続部１２は、第１端子１５と第２端子１６との間に設けられている。また、ダイオード５Ａ及び５Ｂのカソードは、平滑コイル第１端子１７に、半田により表面実装されている。
　図６及び図７に示すように、中間端子６は第１の二次巻線４Ａから延出して形成され、第２端子１６を間に挟んで、接続部１２と反対側に配置される。そして、中間端子６は、平滑コンデンサ８の一方の端子８ａとともに、ベース１１に形成されたボス２０に、ねじ１４ａにより接続されている。また、平滑コンデンサ８の他方の端子８ｂは、平滑コイル第２端子１８に、ねじ１４ｂにより接続されている。
　このように、実施の形態１による電力変換装置１００によれば、平滑コンデンサ８の一方の端子８ａを、第１の二次巻線４Ａから延出する中間端子６と直接接続し、他方の端子８ｂを、平滑コイル第２端子１８に直接接続している。これにより、平滑コイル第２端子１８から、平滑コンデンサ８を経由して、中間端子６に到達する経路が短縮される。よって、経路のインピーダンスが低くなり、ＬＣフィルタ１００Ｂを十分に機能させて出力の平滑性に優れた電力変換装置１００を提供することができる。
　実施の形態２．
　図８は、本発明の実施の形態２による電力変換装置２００における、ベース１１と、第１の二次巻線４Ａと、第２の二次巻線４Ｂと、平滑コイル７と、ダイオード５Ａ及び５Ｂのみを示す斜視図である。実施の形態２による電力変換装置２００は、第１の二次巻線４Ａと第２の二次巻線４Ｂの接続形態が、実施の形態１とは異なる。他の構成は、実施の形態１と同様である。
　図８に示すように、電力変換装置２００の第１の二次巻線４Ａと第２の二次巻線４Ｂとは、一枚の板金を折り曲げ部１２ａで折り曲げることにより、一体に構成されている。
　これにより、実施の形態２による電力変換装置２００によれば、第１の二次巻線４Ａと第２の二次巻線４Ｂとを溶接する工程を省略することができる。そして、簡易な構造で、ＬＣフィルタ１００Ｂを十分に機能させることができ、出力の平滑性に優れた電力変換装置２００を提供することができる。
　１　直流電源、２　ＭＯＳＦＥＴ、３　一次巻線、４Ａ　第１の二次巻線、４Ｂ　第２の二次巻線、５Ａ　ダイオード（第１の整流素子）、５Ｂ　ダイオード（第２の整流素子）、６　中間端子、７　平滑コイル、８　平滑コンデンサ、８ａ，８ｂ　端子、９　トランスコア、１０　平滑コイルコア、１１　ベース、１２　接続部、１２ａ　折り曲げ部、１４ａ，１４ｂ　ねじ（締結部材）、１５　第１端子、１６　第２端子、１７　平滑コイル第１端子、１８　平滑コイル第２端子、１９　樹脂、２０　ボス、２１　絶縁シート、１００，２００　電力変換装置、１００Ａ　トランス、１００Ｂ　ＬＣフィルタ。

Claims (8)

  1. 　トランスと、第１整流素子と、第２整流素子と、平滑コイルと、平滑コンデンサとが、ベースの上に配置される電力変換装置であって、
    　前記トランスは、
    　第１の二次巻線と第２の二次巻線とにより形成される二次巻線と、
    　前記二次巻線と前記ベースとを接続する中間端子とを有し、
    　前記平滑コイルは、平滑コイル第１端子と平滑コイル第２端子を有し、
    　前記第１整流素子は、
    　前記第１の二次巻線の一端側に形成された第１端子と、前記平滑コイル第１端子とに接続され、
    　前記第２整流素子は、
    　前記第２の二次巻線の一端側に形成された第２端子と、前記平滑コイル第１端子とに接続され、
    前記平滑コンデンサは、
    前記平滑コイル第２端子と、前記中間端子とに接続され、
    　前記第１の二次巻線の他端側と前記第２の二次巻線の他端側とは、互いに接続部で接続され、
    　前記接続部は、前記第１端子と前記第２端子の間に配置され、
    　前記第１端子又は前記第２端子のいずれか一方が、前記中間端子と前記接続部の間に配置される、
    電力変換装置。
  2. 　前記第１の二次巻線と前記第２の二次巻線のうち、少なくとも一方は、
    　前記中間端子と一体に形成される
    請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記第１の二次巻線と前記第２の二次巻線は、
    １枚の板状部品を折り曲げて一体に形成される、
    請求項１又は２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記中間端子と前記平滑コンデンサの端子とは、直接接続される、
    請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  5. 　前記中間端子と前記平滑コンデンサの前記端子とは、
    締結部材により前記ベースに共締めされる、
    請求項４に記載の電力変換装置。
  6. 　前記二次巻線と前記平滑コイルとは、
    樹脂を用いたインサート成形により一体に形成される、
    請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  7. 　前記二次巻線と前記平滑コイルは、
    　前記第１端子と、前記第２端子と、前記平滑コイル第１端子と、前記平滑コイル第２端子とが露出した状態で、前記インサート成形により一体に形成され、
    　前記第１端子及び前記第２端子及び前記平滑コイル第１端子と、前記ベースとの間には、絶縁シートが配置される、
    請求項６に記載の電力変換装置。
  8. 　前記第１整流素子は、
    　前記第１端子及び前記平滑コイル第１端子に、表面実装はんだにより接続され、
    　前記第２整流素子は、
    　前記第２端子及び前記平滑コイル第１端子に、表面実装はんだにより接続される、
    請求項１から７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
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